El Factor H
Por Nick Barilo, P.E.
Mientras el mundo busca identificar fuentes de energía alternativa, las celdas de combustible accionadas a hidrógeno ofrecen una amplia gama de beneficios para la seguridad medioambiental, económica y energética. Las celdas de combustible de hidrógeno tienen el potencial de reemplazar el motor de combustión interna y proporcionar energía en una amplia gama de aplicaciones portátiles y estáticas.
En los vehículos, por ejemplo, el hidrógeno tiene el potencial de revolucionar nuestras fuentes de combustible. Las celdas de combustible (una tecnología que puede convertir la energía química en un combustible, en este caso hidrógeno en electricidad) están listas para ingresar a la industria automotriz, en la que importantes fabricantes de automóviles planean crear vehículos con celdas de combustible y que estarían disponibles al público a comienzos de este año. Para apoyar la utilización de estos vehículos, se necesitarán estaciones de carga de combustible de hidrógeno, ya sea independientes o como parte de las instalaciones convencionales para la carga de combustible. Entre los primeros mercados que tomaron conciencia de los beneficios de las celdas de combustible se encuentran las operaciones de almacenamiento, en las que las celdas de combustible están actualmente reemplazando a los camiones industriales accionados por batería. Se anticipa que la comercialización de los vehículos de celdas de combustible para el consumidor a cargo de los fabricantes de automóviles más importantes se lanzará en California a principios de este año.
Los vehículos no son la única industria en la que el hidrógeno va ganando terreno; la lista de aplicaciones está creciendo a medida que diferentes sectores reconocen el valor y el beneficio de esta tecnología.
Estos usos incluyen instalaciones de telecomunicaciones, en las que las celdas de combustible entregan energía de reserva para las torres de celdas; edificios comerciales e industriales, en los que las celdas de combustible entregan energía primaria y de reserva; y en el transporte de bienes perecederos, en el que se están desarrollando equipos de refrigeración accionados por celdas de combustible como una alternativa a las unidades de energía auxiliar diesel tradicionales.
Hace tiempo que el hidrógeno es un ingrediente en muchos procesos industriales, y puede ser manejado y utilizado de forma segura con las prácticas adecuadas y las medidas de ingeniería correctas. No obstante, su utilización como combustible es aún relativamente nueva y por lo general los métodos adecuados para su manejo, almacenamiento, transporte y utilización no son enteramente comprendidos por parte de las diferentes comunidades que participan en su demostración y utilización o se ven afectadas por las mismas.
En condiciones atmosféricas, el hidrógeno es un gas inflamable, que se dispersa en el aire con rapidez y a través de materiales que normalmente no son considerados porosos. Cuando se mezcla con aire en concentraciones de 4 a 75 por ciento, forma una mezcla inflamable que requiere solo de una pequeña cantidad de energía para su ignición y que arde con una llama casi invisible de color azul pálido. Su inflamabilidad es en parte la razón por la que la utilización de hidrógeno con fines comerciales y públicos necesita del desarrollo, divulgación e implementación de normas y prácticas de seguridad del hidrógeno, entre ellas NFPA 2, Código de Tecnologías de Hidrógeno (nfpa.org/2), que se presentó en 2011.
El compromiso de NFPA es más profundo que la creación de una norma sobre hidrógeno. Con el fin de apoyar las cláusulas de NFPA 2, la Fundación de Investigación de Protección contra Incendios participó en una serie de trabajos con hidrógeno, que se encuentran disponibles en nfpa.org/foundation. Además, el proyecto sobre Capacitación en Seguridad de Vehículos Eléctricos de NFPA (evsafetytraining.org), un programa que ayuda a los bomberos y a otros socorristas a prepararse para la creciente cantidad de vehículos eléctricos, híbridos y vehículos para combustible alternativo en ruta, incluye una capacitación sobre la seguridad de las celdas de combustible de hidrógeno.
Elemento fundamental
El debate sobre la seguridad del hidrógeno no es nuevo. Para ayudar a desarrollar y expandir las prácticas de seguridad, el Panel de Seguridad del Hidrógeno se creó en 2003 para apoyar los esfuerzos del Departamento de Energía de los Estados Unidos de América para comercializar las tecnologías de celdas de combustible. El panel de 13 miembros comprende una diversidad de experiencia del sector comercial, industrial, gubernamental y académico. Busca identificar las brechas de los datos técnicos relacionados con la seguridad, las mejores prácticas, y las lecciones aprendidas para integrarlas a la planificación de seguridad en los proyectos de celdas de combustible e hidrógeno para asegurar que se aborden e incorporen las prácticas de seguridad correctas.
Las actividades relacionadas con el proyecto del panel incluyen la revisión del equipo y el diseño de las instalaciones, un análisis de las evaluaciones de riesgo y los planes de seguridad, y la conducción de revisiones de seguridad del lugar. Estas revisiones sobre la utilización de la tecnología del hidrógeno también apoyan los esfuerzos del panel para identificar las brechas en los datos técnicos relacionados con la seguridad, para el desarrollo de los códigos y normas, y para apoyar la expansión del conocimiento de seguridad.
El trabajo más reciente del panel se ha concentrado en los proyectos de demostración comercial para acelerar la comercialización y utilización de celdas de combustible. Estas tempranas implementaciones en el mercado incluyen el suministro de combustible a los vehículos, los equipos para el manejo del material, la energía de reserva para los depósitos y sitios de telecomunicaciones y los dispositivos de energía portátil. El trabajo del panel ha ayudado a identificar las brechas en el conocimiento que requieren de una consideración adicional, dos de ellas son la implementación de los códigos y normas en los cerramientos exteriores que contienen los equipos de hidrógeno y la necesidad de certificar los equipos.
El cumplimiento con los códigos y normas es esencial para garantizar la seguridad pública y la confianza en las empresas comerciales, en especial para aquellas que utilizan nuevas tecnologías. Con el aumento del interés en el hidrógeno como fuente de combustible, en el 2005 se le solicitó al Consejo de Normas de NFPA que elabore un documento que abarque y determine los requisitos para las tecnologías de hidrógeno. La primera edición de NFPA 2 se desarrolló principalmente a partir de los códigos y normas de NFPA existentes, incluidas NFPA 52, Sistemas de combustible gaseoso vehicular; NFPA 55, Gases comprimidos y líquidos criogénicos; y NFPA 853, Instalación de los sistemas de energía estacionarios de celdas de combustible. NFPA 2 fue elaborada para brindar un único recurso para apoyar el diseño y aprobación de los equipos e instalaciones de hidrógeno.
Un cambio significativo se produjo cuando la versión 2013 de NFPA 52 transfirió la responsabilidad de los requisitos para el suministro de combustible de los vehículos de hidrógeno al comité técnico de NFPA 2; al comenzar con la versión 2016, NFPA 2 será la única fuente para esta información. La importancia de NFPA 2 será posiblemente mayor ya que la aprobación de los cambios en la edición 2015 de NFPA 1, Código de Incendios, y el Código Internacional de Incendios harán referencia directa a NFPA 2 para los requisitos de las instalaciones de suministro de combustible de vehículos de hidrógeno. A medida con continuamos con el ciclo de revisión para la edición 2016 de NFPA 2, algunos de los temas centrales que aborda el comité técnico incluyen la determinación de los requisitos para los cerramientos de los equipos y los garajes de reparación y el perfeccionamiento de los requisitos para los sistemas de generación de hidrógeno y el suministro de combustible de los vehículos a gas.
Las observaciones de la revisión del Panel de Seguridad del Hidrógeno sobre las tempranas aplicaciones en el mercado revelaron los desafíos enfrentados al implementar los requisitos de NFPA a los sistemas de hidrógeno instalados en cerramientos exteriores. Los cerramientos varían en tamaño; pueden ser cajas pequeñas (6 a 16 pies cuadrados, con cilindros con una capacidad total de 1,000 a 8,000 pies cúbicos de hidrógeno) utilizadas para abastecer a los sistemas de energía estacionarios de celdas de combustible, o pueden ser contenedores plurimodales de gran tamaño (contenedores para envíos de 160 a 320 pies cuadrados) que albergan equipos de generación, compresión, almacenamiento y entrega con acceso del personal. Estos cerramientos podrían incluir espacios en los que una mezcla inflamable de hidrógeno y aire podría acumularse cerca de una fuente de ignición, creando el potencial para un incendio o explosión. Si el cerramiento es lo suficientemente grande como para que ingrese una persona y la ventilación es inadecuada, la concentración de hidrógeno podría presentar un riesgo de asfixia.
Exceptuando las estructuras tales como los contenedores plurimodales de gran tamaño que podrían ser consideradas edificios, no existe un conjunto consistente de requisitos que gobiernen la construcción de cerramientos, sistemas de ventilación, sistemas de detección de incendios o pérdidas, clasificación eléctrica, y distancias de separación entre el cerramiento y otras estructuras o equipos. Y aunque dichos contenedores de gran tamaño pueden ser considerados edificios por muchos funcionarios del código, las interpretaciones a cargo de los reguladores pueden variar ampliamente, generando una inconsistencia en la aplicación de normas. Sin requisitos claros para los diferentes tipos de cerramientos, los diseñadores cuentan con muy pocas pautas sobre cómo diseñar los sistemas de seguridad, y los funcionarios del código tienen dificultad para determinar qué requisitos del código pueden aplicar a qué cerramientos.
El desafío de la certificación
La certificación del equipo es otra necesidad identificada por el panel durante su revisión de los proyectos de utilización de celdas de combustible. La definición de certificación de NFPA incluye “un sistema por el cual una organización de certificación determina que un fabricante ha demostrado su capacidad para producir un producto que cumple con los requisitos de (una) norma(s) específica(s)”. Los códigos y normas entonces complementarán este tema con la utilización de términos relacionados “certificado, aprobado, listado, y etiquetado”. Cada término presenta expresamente un significado apenas diferente que se relaciona con algún nivel de cumplimiento formalizado por parte de un tercero o, en el caso del término “aprobado”, algo que se considera aceptable para la autoridad competente. Estos términos pueden aplicarse a los componentes individuales o, en líneas generales, a los sistemas o a un montaje completo.
Sin embargo, en este momento, el proceso de certificación sugerido por el panel presenta importantes desafíos. Lo que el panel considera “certificación” probablemente resulte confusa, con respecto a la terminología utilizada por NFPA en los diferentes códigos y normas. Podrían existir dificultades para aplicar las normas de certificación o incluso la ausencia de dichas normas, así como también una falta de organismos de certificación. El proceso de certificación para los productos que sufren cambios rápidos en concordancia con las tecnologías en desarrollo también puede presentar un costo prohibitivo, y existe además, una necesidad de aclarar qué es lo que cubre la certificación en relación a una pieza del equipo, sistema, montaje o instalaciones en particular.
Los miembros del panel también plantearon sus preocupaciones con respecto a la certificación por parte de terceros, ya que consideran que en el largo plazo, probablemente resulte crítica para el éxito de la comercialización de los sistemas de celdas de combustible de hidrógeno. Los miembros del panel han señalado que la escasez de una certificación por parte de terceros coloca una carga extraordinaria sobre los proveedores de celdas de combustible, para asegurar que sus productos incluyen las medidas de seguridad automáticas o inherentes correctas. Cuando se expanda más la utilización de celdas de combustible y procesos de certificación, será importante asegurar que la certificación del producto por parte de terceros o los programas de certificación aborden de forma adecuada estas cuestiones de seguridad, y que los proveedores de celdas de combustible reconozcan su responsabilidad.
También cabe destacar que cuando no se cuenta con equipos listados, los códigos y las normas por lo general exigen una “aprobación” de dicho equipo por parte de la autoridad competente. Esto carga a las autoridades competentes con una importante responsabilidad, ya que pueden no estar familiarizados con la tecnología, carecer de los recursos para apoyar una revisión minuciosa, o no ser conscientes de que su revisión y aprobación cubren equipos no listados. Por todas estas razones, el panel ha llegado a la conclusión de que debe buscarse de inmediato una certificación por parte de terceros para estos sistemas en este tipo de utilizaciones. Además, el panel planea elaborar pautas para los proyectos que no pueden utilizar equipos listados.
En el futuro posiblemente veremos cómo la utilización del hidrógeno como una fuente de energía, impactará en varias áreas de nuestras vidas, incluyendo los vehículos que manejamos, la manera en que se almacenan los bienes de consumo en depósitos y como se los introduce en el mercado, y qué tan importante es mantener los sistemas de emergencia y comunicaciones durante interrupciones de energía. La seguridad demostrada en la producción, distribución y utilización de hidrógeno será de suma importancia para una exitosa implementación de una infraestructura de hidrógeno y la utilización generalizada de la tecnología de hidrógeno.
Debido a que las tecnologías de hidrógeno comercial están solo emergiendo ahora, se intensifica la atención que se les presta debido a la falta de familiaridad pública con estos sistemas. La pérdida de la confianza pública en las primeras etapas de este desarrollo podría retrasar de forma significativa o incluso evitar un mayor progreso en una nueva tecnología como la del hidrógeno. Por estas razones, se colocará el énfasis en la educación de los socorristas, y el Panel de Seguridad del Hidrógeno continuará identificando las iniciativas para concentrar la atención, la acción y el alcance sobre las cuestiones clave de seguridad para la utilización de estos sistemas.
Nick Barilo, P.E., es gerente de proyectos en Pacific Northwest National Laboratory, lidera el Panel de Seguridad del Hidrógeno y es miembro del Comité Técnico sobre Tecnología del Hidrógeno para NFPA 2.
El ángulo del socorrista
Se debe contar con programas minuciosos, oportunos y flexibles para capacitar a los socorristas en la seguridad del hidrógeno.
A medida que se abordan las cuestiones de seguridad del hidrógeno, se están poniendo muchos esfuerzos también en la educación y capacitación de los socorristas en los riesgos y peligros asociados con el hidrógeno y las celdas de combustible accionadas a hidrógeno.
Los materiales de capacitación para los socorristas deben abordar la gama completa de riesgos asociados al hidrógeno, incluso las características directas de los riesgos tales como la inflamabilidad y las características indirectas de los riesgos, incluyendo los circuitos eléctricos cargados y los contenedores de almacenamiento de alta presión. Los programas de capacitación también deben perfeccionar una serie de enfoques utilizados para transferir conocimiento, desde capacitación a distancia hasta capacitación práctica. Y es de suma importancia que la información que reciben esté actualizada, sea precisa y técnicamente correcta.
Más adelante este año, NFPA lanzará un nuevo programa “Capacitación de bomberos para flotas, camiones y autobuses eléctricos, híbridos y accionados a celdas de combustible”, con el fin de educar a los bomberos sobre cómo responder a los incidentes que incluyen una amplia gama de vehículos eléctricos y de combustible alternativo. El proyecto, forma parte de la iniciativa de Capacitación de Seguridad de Vehículos Eléctricos de NFPA, está financiado por el Programa de subsidios para asistencia de los bomberos administrado por la Agencia Federal de Manejo de Emergencias.
Otros programas también han abordado la capacitación en las respuestas de emergencia de celdas y combustible y de hidrógeno, incluso la Capacitación en la respuesta de emergencia del hidrógeno para los socorristas del Departamento de Energía de los EE.UU. (tanto capacitación en línea como capacitación práctica), desarrollada y administrada por Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), y un programa desarrollado para la Oficina del jefe de bomberos de California por la Asociación de celdas de combustible de California (CaFCP, California Fuel Cell Partnership). PNNL y CaFCP están trabajando para crear un depósito de información relacionada con el hidrógeno y las celdas de combustible que resulte preciso y actualizado para de esa manera evitar duplicar los esfuerzos entre los diferentes programas de capacitación de socorristas. NFPA planea utilizar esta información como parte de su nuevo programa de capacitación para bomberos. Esperamos que este enfoque ayude al gobierno y a los organismos privados a desarrollar programas de capacitación basados en un conjunto consistente de contenido y mensaje sobre el hidrógeno y las celdas de combustible.
Recursos para socorristas
evsafetytraining.org
Capacitación sobre vehículos eléctricos y accionados a combustible alternativo para socorristas
hydrogen.energy.gov/firstresponders.html
Introducción a la seguridad del hidrógeno para los socorristas
hydrogen.energy.gov/pdfs/review12/scs015_elmore_2012_o.pdf
Capacitación en respuesta de emergencia del hidrógeno para socorristas
cafcp.org
Información sobre la Asociación de celdas de combustible de California
nfpa.org/roadmap
“Reaching the U.S. Fire Service with Hydrogen Safety Information: A Roadmap” (Llegar a los cuerpos de bomberos estadounidenses con información de seguridad del hidrógeno: un mapa de ruta) es un informe elaborado por la Fundación de Investigación de Protección contra Incendios.
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